JP2010112826A

JP2010112826A - 放射線モニタリング方法

Info

Publication number: JP2010112826A
Application number: JP2008285502A
Authority: JP
Inventors: Kei Saito; 圭齋藤; Chie Takada; 千恵高田
Original assignee: Japan Atomic Energy Agency
Current assignee: Japan Atomic Energy Agency
Priority date: 2008-11-06
Filing date: 2008-11-06
Publication date: 2010-05-20

Abstract

【課題】放射線管理を必要とする現場において、放射性核種並びにその放射能強度を極めて短時間に予測できる、あるいは核種毎の経時変動を検出できる放射線モニタリング方法を提供すること。
【解決手段】ゲルマニウム検出器から与えられる電圧パルス信号をマルチチャネル波高分析器（ＭＣＡ）に与えることによって得られるチャネル毎の計数値を入力し、計数値の時間変化率（ＭＣＡ測定計数率ｎ（cps））から所定の式に基づいてそれぞれのチャネル毎に任意時間毎の計数率Ｉ（cps）を演算し、その演算結果を逐次記憶すると共に、リアルタイムで表示する。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射線管理を必要とする現場において、放射性核種並びにその放射能強度を極めて短時間に予測できる、あるいは核種毎の経時変動を検出できる放射線モニタリング方法に関するものである。

例えば、原子力施設等では、放射線業務従事者等の安全を守るため、作業環境の放射線モニタリングが必須である。放射線モリタリングには、サンプリングした試料をバッチ測定する方法、あるいはサンプリングしながら連続的に測定する方法があり、使用される装置として、マルチチャネル波高分析器（マルチチャネルアナライザ：ＭＣＡ）がある（例えば、特許文献１および２を参照）。ＭＣＡは、放射線のエネルギースペクトルを測定する装置である。この装置は、例えばゲルマニウム検出器から得られる放射線のエネルギーに対応した大きさの出力信号（パルス波高）を、波高別（チャネル別）に分けて同時に測定する。この装置の表示部の縦軸には、放射線の計数値（cnt）が表示され、横軸には、チャネル（例えば0〜4096ch)が表示されるようになっている。すなわち、波高値の頻度分布は、ゲルマニウム検出器が測定したエネルギースペクトルと一致する。現状、放射線管理を必要とする現場では、このＭＣＡを使用することにより、核種の同定(核種の検出)及び／または定量（放射能強度の測定）を行っている。
特開２００８−１１１７０４号公報ＷＯ２００６／０９０６３４

しかし、現状のＭＣＡを使用しての測定では、最終的な測定結果を得るまでに、例えば１０００秒といった長時間を要するため、放射線作業立ち合い等においてサンプリングした試料が複数あり、かつ限られた時間内でスクリーニングを要する状況下では、ある程度の測定時間が経過した段階において、その時間までに測定された結果を基に、測定担当者の経験によって個々の最終測定結果を予測している。一方、サンプリングしながら試料を連続的に測定する場合には、バッチ測定を繰り返す必要があるが、例えば１バッチ６００秒といった積算時間を要するため、核種毎の短時間の経時変動を検出できない。このため、核種同定と放射能強度を、より一層短時間かつ高信頼度に予測できる方法なり、装置が求められている。

本発明の目的は、上述の従来の問題点を解決し、放射線管理を必要とする現場において、サンプリングした試料をバッチ測定する場合に放射性核種並びにその放射能強度を極めて短時間かつ高信頼度に予測できる放射線モニタリング方法を提供することにある。

さらに、本発明の他の目的は、サンプリングしながら連続的に測定する場合、計数率表示を連続監視することによって、核種毎に短時間の経時変動を捉えることが可能となる放射線モニタリング方法を提供することにある。

本発明の放射線モニタリング方法は、放射線検出器から与えられる電圧パルス信号をマルチチャネル波高分析器（ＭＣＡ）に入力し、ＭＣＡ表示更新周期（sec）毎に得られるチャネル毎の計数値（cnt）を当該周期で除すことによりＭＣＡ測定計数率n（cps）に変換した後、下式に基づいてそれぞれのチャネル毎に計数率Ｉ（cps）を演算し、その演算結果を逐次記憶すると共に、リアルタイムに表示することを特徴とする放射線モニタリング方法である。
Ｉ＝ＩＰ・ｔ＋ｎ・（１−ｔ）
ｔ＝ｅｘｐ〔−Ｔ／τ〕
ここで、ＩＰは、前回計数率処理結果（cps）、ｎは、今回ＭＣＡ測定計数率（cps）、Ｔは、ＭＣＡ表示更新周期（sec）、τは、時定数（sec）であり、ＩＰの初期値は0 cpsとする。

上述の方法においては、時定数の３〜５倍以上の時間経過後は、その時点の計数率Ｉ（cps）を最終予測計数率として判断することができる。また、各チャネル毎に得られた計数率Ｉ（cps）に任意測定時間を乗ずることにより計数値分布（エネルギースペクトル）を予測し、既存の汎用解析ソフトウェアへ入力することによって、短時間の内に核種を同定し、その放射能強度を出力することができる。

さらに、上述の方法においては、時定数τを次式に従って自動的に設定することもできる。
τ＝（１／２ｅ^２）・（１／ｎ）
ここで、ｅは、今回ＭＣＡ測定計数率ｎの相対誤差を示す。

本発明によれば、サンプリングした試料をバッチ測定する場合は、核種の同定及びその放射能強度の測定時間を従来のマルチチャネル波高分析器（ＭＣＡ）による測定時間よりも大幅に短縮できる。さらに、サンプリングしながら連続的に測定する場合は、計数率表示を連続監視することによって、核種毎に短時間の経時変動を捉えることが可能となる。

以下、本発明について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る方法を実施するための放射線モニタリング装置の概略構成を示している。図１において、参照符号１０は、入射した放射線のエネルギーに比例する電圧パルスを出力するゲルマニウム検出器、２０は、従来から良く知られているマルチチャネル波高分析器（ＭＣＡ）である。ＭＣＡ２０は、ゲルマニウム検出器１０から得られる放射線のエネルギーに対応した大きさの出力信号（パルス波高）を、波高別（チャネル別）に分けて同時に測定し、各チャネル毎の放射線の計数値（cnt）を表示する。３０はコンピュータであり、ＭＣＡ２０からの出力信号を入力し、所定のプログラムに従った処理を行い、計数率スペクトルを出力する。これらの情報は後述する内部記憶装置に逐次記憶されると共に、表示装置４０に表示される。

コンピュータ３０は、基本的には入出力装置（Ｉ／Ｏ）３１、演算処理装置３２、記憶装置３３及び解析装置３４から構成される。記憶装置３３の一部領域には上述の所定のプログラムが格納されている。演算処理装置３２は、このプログラムに従って、入出力装置（Ｉ／Ｏ）３１を介して入力されるゲルマニウム検出器１０からの出力信号に基づいて所定の計算処理を行う。計算結果は、上述したように記憶装置３３に逐次記憶されると共に、表示装置４０にグラフ表示される。また、記憶装置３３に保存された計算結果を元に演算処理装置３２において計数値分布（エネルギースペクトル）を予測し、既存の解析装置３４において核種同定または定量を行う。

上述のプログラムでは、以下の計算を実行する。
Ｉ＝ＩＰ・ｔ＋ｎ・（１−ｔ）
ｔ＝ｅｘｐ〔−Ｔ／τ〕
ここで、ＩＰは、前回計数率処理結果（cps）、ｎは、今回ＭＣＡ測定計数率（cps）、Ｔは、ＭＣＡ表示更新周期（sec）、τは、時定数（sec）であり、ＩＰの初期値は0 cpsとする。

計算結果は、後にアニメーション表示など各種形態の表示を行ったりするために記憶装置４０に記憶されると共に、縦軸を計数率(cps)、横軸をチャネル（ch）としたグラフとして表示装置４０に表示される。なお、本実施形態では行っていないが、特定のチャネル（特定の核種）の計数率が所定の計測時間に所定の基準を超えた時、警報を発するようにしても良い。

上述の計算式において、時定数τは状況に応じて通常１０秒（sec）、２０秒、３０秒などに固定して計算を実行する。しかし、計数率が高いと予想される場合には、以下の計算式に従って時定数を自動的に設定し、応答速度を高めることができる。
τ＝（１／２ｅ^２）・（１／ｎ）
ここで、ｅは今回ＭＣＡ測定計数率ｎの相対誤差を示す。

次に図２を参照して本発明の効果について説明する。図２のグラフは、図１に示した装置で求めた波高分布中央チャネルの計数率と経過時間の関係を示している。（ａ）は時定数を固定値として測定したもので、（ｂ）は時定数を自動値として測定したものである。図２（ａ）及び（ｂ）ともに実線は、前述の計算式に一定のＭＣＡ計数率ｎを入力した場合の計算値であり、連続的にｎが得られたとして、経過時間ｔの連続関数として示したものである。

図２（ａ）において、グラフ２０１ａ、２０２ａ、２０３ａの時定数は、それぞれ１秒、１０秒、１００秒の場合である。一方、比較のため時定数のオーダーを図２（ａ）のグラフとほぼ一致させるよう任意の相対誤差ｅの条件下で測定した図２（ｂ）において、グラフ２０１ｂ、２０２ｂ、２０３ｂの時定数は、それぞれ１.１秒、１０.１秒、２５１秒である。これらのグラフにおいて入力した計数率ｎ（cps）は全て同一であるので、全てのグラフの計数率は、最終的に入力値の計数値ｎに収束するが、時定数の選択の仕方によってその予測（所要）時間が異なることが図２からわかる。また、これらのグラフから、共に経過時間が時定数の３倍程度になった時点から、計数率がほぼ横這い状態になることがわかる。すなわち、本発明によれば、設定された時定数の３倍の時間経過した時点で、ほぼ最終測定結果の９５％以上（５倍の場合には、９９％以上）の計数率を得ることができる。

表１は、既存の核種分析ソフトを用いて⁶⁰Ｃｏ標準線源の放射能強度（Bq）を判定した場合のＭＣＡによる核種同定結果（１０００秒測定結果、1.45E+0.3Bq）に対する本発明装置の核種同定結果（任意経過時間毎）の比率を示している。表１から、従来のＭＣＡでの１０００秒測定結果が、本発明の装置によれば１０分の１の時間である１００秒で得られることがわかる。

図３は、既存の放射性ガス排気配管の近傍に可搬型ゲルマニウム検出器を固定し、内部を流れる放射性ガス（⁸⁵Kr）が通過する様子をエネルギースペクトルの経時変化として捉えた例である。ガスが流れていない状況では、⁸⁵Krのピークが存在せず、ガスの通過中にピークが生じ、ガスが通過し終わった段階で、再度ピークが消滅していることが分かる。すなわち、ほぼリアルタイムに任意の核種毎に連続的に経時変動を捉えることが可能である。

以上、本発明について、好適な実施例に基づいて説明したが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。例えば、上述の実施例では、ＭＣＡ、コンピュータ及び表示装置が別個のハードウエアとして説明されているが、これらを一体に構成しても良いことは明らかであろう。

本発明に係る放射線モニタリング方法を実施するための装置の概略構成図である。図１に示された装置で求めた波高分布中央チャネルの計数率と経過時間の関係を示すグラフである。既存の放射性ガス排気配管内部を放射性ガスが通過する様子をエネルギースペクトルの経時変化として捉えた例を示す説明図である。

符号の説明

１０ゲルマニウム検出器
２０マルチチャネル波高分析器（Multi-Channel Analyzer:MCA）
３０コンピュータ
３１入出力装置（Ｉ／Ｏ）
３２演算処理装置
３３記憶装置
３４解析装置
４０表示装置

Claims

放射線検出器から与えられる電圧パルス信号をマルチチャネル波高分析器（ＭＣＡ）に入力し、ＭＣＡ表示更新周期（sec）毎に得られるチャネル毎の計数値（cnt）を当該周期で除すことによりＭＣＡ測定計数率n（cps）に変換した後、下式に基づいてそれぞれのチャネル毎に計数率Ｉ（cps）を演算し、その演算結果を逐次記憶すると共に、リアルタイムに表示することを特徴とする放射線モニタリング方法。
Ｉ＝ＩＰ・ｔ＋ｎ・（１−ｔ）
ｔ＝ｅｘｐ〔−Ｔ／τ〕
ここで、ＩＰは、前回計数率処理結果（cps）、ｎは、今回ＭＣＡ測定計数率（cps）、Ｔは、ＭＣＡ表示更新周期（sec）、τは、時定数（sec）であり、ＩＰの初期値は0 cpsとする。
請求項１に記載の放射線モニタリング方法において、前記時定数の３〜５倍以上の時間経過後にその時点の前記計数率Ｉ（cps）を最終計数率とすることを特徴とする放射線モニタリング方法。
請求項１または２に記載の放射線モニタリング方法において、時定数τが次式に従って自動的に設定されることを特徴とする放射線モニタリング方法。
τ＝（１／２ｅ^２）・（１／ｎ）
ここで、ｅは、今回ＭＣＡ測定計数率ｎの相対誤差を示す。